Buku BSE SMA KIMIA [KTSP] Kelas X - File guru Kita Bab 2 Metabolisme

2

METABOLISME

Tujuan Pembelajaran
Pada bab ini Anda akan mempelajari materi tentang metabolisme. Dengan
mempelajari materi ini diharapkan Anda dapat mendeskripsikan fungsi, proses,
dan keterkaitan yang terjadi dalam proses metabolisme.

Perhatikan Gambar 2.1!

Sumber: Haryana, 2007

Kata Kunci
•
•
•
•
•
•
•

•
•

enzim
ATP
oksidasi
reduksi
metabolisme
katabolisme
anabolisme
fotosintensis
respirasi

Gambar 2.1 Orang berteduh di bawah pohon

Tuhan telah menciptakan beraneka ragam makhluk hidup yang saling
bergantung. Seperti tampak pada gambar 2.1. Gambar itu memperlihatkan
orang yang sedang berteduh di bawah pohon pada siang hari yang dapat
merasakan kesejukan dan kesegaran udara di sekitarnya. Udara di sekitarnya
terasa sejuk karena banyak oksigen murni yang berasal dari hasil fotosintesis

yang terjadi pada daun tumbuhan, demikian pula tumbuh-tumbuhan yang
memerlukan CO2 (karbon dioksida) yang berasal dari udara bebas dan pernapasan manusia untuk fotosintesis.

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

33

PETA KONSEP
Metabolisme
terdiri atas

tersusun dari

Anabolisme

Katabolisme

Enzim

sebagai katalisator

Apoenzim

Gugus Prostatik

sumber energi

dikenal dengan
kimia

matahari

Respirasi
Fotosintesis

Kemosintesis

reaksi pemecahan

reaksi penyusunan

Glukosa
Glukosa

meliputi

melalui 3 tahap

Gerak

Anaerob

melalui 3 tahap

•
•
•

34

Glikolisis

merupakan proses

•
•
•

Fotosintesis
Aliran elektron
Siklus Calvin

Fermentasi

Siklus
Krebs
Rantai

elektron

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

Fotosintesis sebenarnya merupakan suatu proses pembentukan senyawa
kimia kompleks dari senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan
sinar matahari. Hasil akhir dari fotosintesis berupa karbohidrat yang akan
digunakan sebagai sumber makanan dan oksigen yang terlepas ke udara
bebas sehingga orang yang berada di sekitarnya dapat menghirup udara segar.
Oksigen yang dihasilkan tumbuhan diperlukan manusia dan hewan
untuk bernapas. Pernapasan atau respirasi sebenarnya merupakan proses
penguraian ikatan kimia molekul kompleks menjadi molekul sederhana yang
terjadi dalam sel tubuh. Untuk mengetahui proses fotosintesis dan respirasi
yang terjadi dalam sel makhluk hidup, pelajari materi berikut dengan cermat!
Coba pikirkan, dari manakah tumbuhan dan manusia mendapatkan
energi? Tumbuhan merupakan makhluk hidup yang autotrof, yaitu makhluk
hidup yang mampu menghasilkan makanannya sendiri. Makanannya itu

dalam bentuk senyawa kimia, yang diperoleh melalui proses fotosintesis
dalam daun.
Ingatlah kembali proses fotosintesis yang sudah Anda pelajari di SMP/
MTs! Fofosintetis merupakan suatu peristiwa penggabungan zat anorganik
(seperti unsur C, H, dan O) menjadi zat organik berupa senyawa glukosa
(karbohidrat), dengan menggunakan energi matahari. Secara sederhana,
reaksi fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut:
Sinar matahari

6CO2 + 6H2O

C6H12O6 + 6O2
Klorofil

Peristiwa fotosintesis hanya terjadi dan berlangsung jika terdapat klorofil
dan sinar matahari. Klorofil merupakan pigmen hijau berbentuk butiranbutiran, terletak di dalam kloroplas yang terdapat di daun. Klorofil memiliki
sifat mampu menangkap dan memantulkan sinar dalam gelombang yang
berbeda (fluoresen). Klorofil kadang-kadang dapat juga dijumpai pada
batang tumbuhan, karena daunnya telah mengalami modifikasi bentuk dan
fungsi dari daun ke batang, contohnya tanaman kaktus.

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

35

2. Manusia
Manusia hidup selalu membutuhkan energi, bagaimana caranya mendapatkan energi? Makan dan bernapas (respirasi) merupakan cara yang dilakukan manusia untuk memperoleh energi. Respirasi merupakan suatu proses
menghasilkan energi yang diperlukan untuk memecah molekul kompleks
menjadi molekul yang lebih sederhana, utamanya molekul gula sederhana
menjadi karbondioksida dan uap air serta energi.
Secara sederhana, reaksi respirasi dapat dituliskan sebagai berikut.
C6H12O6+ 6O2

6H2O + 6CO2 + energi

Perhatikan reaksi kimianya, jika kita lihat reaksinya berkebalikan dengan
reaksi fotosintesis. Tahukah Anda proses kimia yang menyangkut respirasi

sebenarnya adalah kompleks, yaitu proses kimia yang ditandai dengan
rentetan reaksi kimia yang akan kita pelajari pada sub bab berikutnya.

A

METABOLISME

Seperti yang Anda ketahui dalam proses penyediaan energi, baik pada
tumbuhan maupun manusia, melalui rentetan reaksi kimia. Jika seluruh reaksi
kimia terjadi dalam sel makhluk hidup, maka reaksinya disebut reaksi biokima.
Seluruh proses atau reaksi biokimia yang terjadi dalam sel disebut metabolisme.
Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yang diawali oleh substrat
awal dan diakhiri dengan produk akhir, yang terjadi dalam sel. Perlu Anda
ketahui reaksi tersebut meliputi reaksi penyusunan energi (anabolisme) dan
reaksi penggunaan energi (katabolisme). Dalam reaksi biokimia terjadi
perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain, misalnya energi kimia
dalam bentuk senyawa Adenosin Trifosfat (ATP) diubah menjadi energi gerak
untuk melakukan suatu aktivitas seperti bekerja, berlari, jalan, dan lain-lain.
Proses metabolisme yang terjadi di dalam sel makhluk hidup seperti pada
tumbuhan dan manusia pada Gambar 2.1 di depan, melibatkan sebagian besar enzim (katalisator) baik berlangsung secara sintesis (anabolisme) dan respirasi

(katabolisme). Apa peran enzim di dalam reaksi kimia yang terjadi di dalam
sel? Pada saat berlangsungnya peristiwa reaksi biokimia di dalam sel, enzim
bekerja secara spesifik. Enzim mempercepat reaksi kimia yang menghasilkan
senyawa ATP dan senyawa-senyawa lain yang berenergi tinggi seperti pada
proses respirasi, fotosintesis, kemosintesis, sintesis protein, dan lemak.

36

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

Senyawa Adenosin Trifosfat (ATP) merupakan molekul kimia berenergi
tinggi. Berasal dari manakah energi itu? Molekul Adenosin Trifosfat (ATP)
berasal dari perubahan glukosa melalui serangkaian reaksi kimia yang panjang dan kompleks. Energi yang terkandung dalam glukosa tersebut berupa
energi ikatan kimia yang berasal dari proses transformasi energi sinar matahari. Transformasi energi tersebut dalam biologi dapat digambarkan melalui
Gambar 2.2 sebagai berikut.

4H ---> He + 2e + Energi hf

(1)
6CO2 + 6H2O + nhf
C6H12O6 + 6O2
Tumbuhan hijau

(2)
Energi Kimia

C6H12O6 + 6O2

(3)

biologis

6CO2 + 6H2O + np
Hewan

Panas

(4)

Sumber: Ilustrasi Haryana

Cahaya
Matahari Energi Matahari

Entropi

Gambar 2.2 Bagan transformasi energi dalam biologi

Bagan itu dapat dijelaskan sebagai berikut.
1. Selama proses fotosintesis, energi matahari yaitu dalam bentuk radiasi
atau pancaran cahaya matahari matahari berubah menjadi energi kimia
dalam ikatan senyawa organik. Lambang f merupakan frekuensi cahaya
dan lambang h merupakan konstanta Planch, yang berkaitan dengan
energi dan frekuensi.
2. Pada waktu dalam respirasi sel, energi kimia dalam senyawa kimia berubah menjadi persenyawaan yang berupa ATP.
3. Dalam sel, energi kimia ikatan fosfat yang kaya akan energi (ATP) dapat
difungsikan untuk kerja mekanis, listrik, dan kimia.
4. Pada akhirnya energi mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai energi
panas dalam bentuk “entropi”.
Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

37

Bagan transformasi energi dalam biologi dapat dibedakan menjadi tiga
proses berikut.

1. Transformasi Energi oleh Klorofil
Energi radiasi sinar matahari yang ditangkap oleh klorofil kemudian
diubah menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis. Energi kimia tersebut
digunakan untuk mensintesis CO2 dan H2O menjadi glukosa dan senyawa
kompleks lainnya sebagai energi pengikat dan penghubung inti-inti atom yang
tersimpan dalam bentuk senyawa karbohidrat (sebagai bahan makanan). Jadi,
energi radiasi matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi energi
potensial dan energi kimiawi yang disimpan dalam molekul karbohidrat dan
bahan makanan lainnya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atomatom bakunya.

2. Transformasi Energi oleh Mitokondria
Di dalam mitokondria energi kimia digunakan untuk mengubah karbohidrat dan senyawa lainnya sebagai energi ikatan fosfat melalui respirasi sel
untuk oksidasi DNA, RNA, protein, dan lemak. Mitokondria banyak terdapat
pada sel-sel otot makhluk hidup dan sel-sel saraf.

3. Transformasi Energi oleh Sel
Jika sel melakukan kegiatan, maka energi kimiawi dari ikatan fosfat akan
terlepas dan berubah menjadi energi bentuk lain seperti energi mekanik
untuk kerja kontraksi otot, energi listrik untuk meneruskan impuls saraf,
energi sintesis untuk membangun senyawa pertumbuhan, serta sisanya akan
mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai energi panas.
Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, pada saat berlangsungnya
proses metabolisme dalam sel makhluk hidup, ada beberapa komponen penting
yang berperan di dalamnya yaitu adanya aktivitas enzim, dihasilkan energi
tinggi berupa Adenosin Trifosfat (ATP) dan reaksi oksidasi reduksi (pelepasan
dan pembebasan) elektron.

38

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

B

KOMPONEN-KOMPONEN YANG BERPERAN
DALAM METABOLISME

Untuk memperlancar berlangsungnya proses reaksi metabolisme dalam
sel makhluk hidup melibatkan komponen-komponen penting yang sangat
berperan sebagai penunjangnya. Tanpa komponen-komponen penunjang itu,
maka proses reaksinya tidak akan berjalan dengan lancar. Komponen-komponen yang sangat berperan dalam proses metabolisme sel makhluk hidup
terdiri atas enzim, Adenosin Trifosfat (ATP), reaksi oksidasi reduksi dengan
penjelasan sebagai berikut.

1. Enzim
Enzim merupakan senyawa organik atau katalis protein yang dihasilkan
oleh sel dan berperan sebagai katalisator yang dinamakan biokatalisator. Jadi,
enzim dapat mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang
berlangsung di dalam sel. Perlu Anda ingat, walaupun enzim dibuat di dalam
sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel.
Reaksi yang dapat dikendalikan oleh enzim antara lain respirasi, fotosintesis,
pertumbuhan, dan perkembangan, kontraksi otot, pencernaan dan fiksasi
nitrogen.
Secara kimia enzim terdiri atas dua bagian (enzim lengkap/holoenzim),
yaitu bagian protein (apoenzim) dan bagian bukan protein (gugus prostetik)
yang dihasilkan dalam sel makhluk hidup. Jika gugus prostetiknya berasal
dari senyawa organik kompleks (misalnya, NADH, FADH, koenzim A dan
vitamin B) disebut koenzim, apabila berasal dari senyawa anorganik (misalnya, besi, seng, tembaga) disebut kofaktor. Apakah semua senyawa organik
yang dihasilkan oleh makhluk hidup adalah enzim? Apa ciri-cirinya?
Senyawa organik yang merupakan enzim memiliki ciri-ciri yaitu enzim
adalah protein, diperlukan dalam jumlah yang sedikit, dapat digunakan
berulang kali, bekerja secara khusus, rusak oleh panas, dan sensitif terhadap
keadaan lingkungan yang terlalu asam atau terlalu basa.
Enzim memiliki sifat khusus, yaitu hanya dapat mengakatalisis suatu
reaksi tertentu, sebagai contoh enzim lipase hanya dapat mengkatalisis reaksi
perubahan dari lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Reaksinya sebagai
berikut.
Lipase

Lemak

Gliserol + Asam lemak

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

39

Sumber: Ilustrasi Haryana

Sifat khusus enzim lainnya
adalah tidak ikut bereaksi, artinya
enzim hanya memproses substrat
(contohnya, lemak) menjadi produk
(contohnya, gliserol dan asam lemak)
tanpa ikut mengalami perubahan
dalam reaksi itu.
Bahan tempat kerja enzim disebut substrat dan hasil dari reaksi
disebut produk. Dengan demikian
enzim dapat digunakan kembali untuk mengkatalisis reaksi yang sama,
berikutnya. Mekanisme kerja enzim
dapat Anda lihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Hubungan enzim dan substrat
Secara sederhana cara kerja
enzim dapat digambarkan dengan kunci dan gembok. Kompleks enzim dapat
tumbuh pada substrat karena pada permukaan enzim terdapat sisi aktif. Sisi
aktif tersebut mempunyai konfigurasi aktif tertentu dan hanya substrat
tertentu yang dapat bergabung dan menyebabkan enzim dapat bekerja secara
spesifik. Secara sederhana reaksi enzim dituliskan:

E
+
S
ES
(Enzim) (Substrat) (Kompleks enzim-substrat)

E
(Enzim)

+

P
(Hasil)

Sifat-sifat enzim selain sebagai biokatalisator dan sebagai suatu protein,
enzim mempunyai sifat yaitu berperan tidak bolak-balik. Artinya enzim dapat
bekerja menguraikan suatu substrat menjadi substrat tertentu dan tidak
sebaliknya dapat menyusun substrat sumber dari hasil penguraian, misalya
enzim protease dapat menguraikan protein menjadi asam amino, tetapi tidak
menggabungkan asam aminonya menjadi protein.
Enzim menjadi rusak apabila berada pada suhu yang terlalu panas atau
terlalu dingin. Sebagian besar enzim akan rusak pada suhu di atas 60oC
karena proteinnya (gugus prostetik) menggumpal (koagulasi). Jika telah
rusak maka tidak akan berfungsi lagi meskipun berada pada suhu normal,
rusaknya enzim oleh panas disebut denaturasi. Selain itu, kerja enzim juga
dapat terhalang oleh zat lain. Zat yang dapat menghambat kerja enzim
disebut inhibitor, contohnya CO, Arsen, Hg, dan Sianida. Sebaliknya zat
yang dapat mempercepat jalannya reaksi disebut aktivator, contohnya ion
Mg2+, Ca2+, zat organik seperti koenzim-A.

40

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

Enzim dapat bekerja optimal pada pH tertentu, misalnya enzim lipase,
pH optimal 5,7–7,5. Aplikasi pH yang tidak cocok maka sifat kerja enzim
dapat menyebabkan ionisasi dari gugus karboksil dan amino dari bagianbagian enzim yang tersusun atau apoenzim dan dapat menyebabkan denaturasi, oleh karena itu akan terjadi tambahan struktur enzim sehingga tidak
dapat bekerja dengan baik. Agar lebih jelas lakukan kegiatan kelompok 1
berikut.

KEGIATAN KELOMPOK 1
Tujuan : Mengetahui sifat-sifat enzim
Alat dan Bahan :
1. Air jeruk
3. Gelas
2. Air susu
Cara Kerja :
1. Sediakan terlebih dahulu bahan-bahan dan alat tersebut.
2. Tuangkan air susu ke dalam gelas, lalu amatilah larutan tersebut.
3. Masukkan air jeruk secukupnya ke dalam air susu yang sudah
dituangkan dalam gelas tadi.
4. Amatilah dan perhatikan perubahan yang terjadi.
5. Apakah air susu tersebut akan mengental atau akan lebih encer?
Mengapa hal tersebut bisa terjadi?
6. Setelah Anda amati kesimpulan apa yang Anda dapatkan,
diskusikan dengan teman-teman sekelmpok Anda!
7. Bandingkan hasil Anda dengan kelompok lain kemudian presentasikan di depan kelas!
Perlu Anda ketahui juga penamaan enzim pada umumnya disesuaikan
oleh nama substrat yang dipecah atau dikatalisis oleh enzim dan biasanya
diberi akhiran -ase. Beberapa jenis enzim dan peranannya dapat Anda lihat
pada Tabel 2.1

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

41

Tabel 2.1 Jenis-Jenis Enzim dan Peranannya
No.

Golongan Enzim

Jenis Enzim

Peranan Enzim

1.

Karbohidrase

a. Selulose

Menguraikan selulosa (polisakarida)
menjadi selabiosa (disakarida)
Menguraikan amilum (polisakarida)
menjadi maltosa (disakarida)
Menguraikan pektin menjadi asam
pektin
Menguraikan maltosa menjadi
glukosa
Mengubah sukrosa menjadi glukosa
dan fruktosa
Mengubah laktosa menjadi glukosa
dan galaktosa

b. Amilase
c. Pektinase
d. Maltose
e. Sukrose
f. Laktose

2.

Protease

a. Pepsin
b. Tripsin

Memecah protein menjadi pepton
Menguraikan pepton menjadi asam
amino
c. Entrokinase Menguraikan pepton menjadi asam
amino
d. Peptidase Menguraikan peptida menjadi asam
amino
e. Renin
Menguraikan kasein dan susu
f. gelatinase Menguraikan gelatin

3.

Esterase

a. Lipase
b. Fostatase

Menguraikan lemak menjadi
gliserol dan asam lemak
Menguraikan suatu ester hingga
terlepas asam fosfornya

2. Adenosin Trifosfat (ATP)
Adenosin Trifosfat (ATP) merupakan senyawa kimia berenergi tinggi,
tersusun dari ikatan adenin purin terikat pada gula yang mengandung 5 atom
C, yaitu ribose dan tiga gugus fosfat. Meskipun digolongkan sebagai molekul
berenergi tinggi, ikatan kimianya labil dan mudah melepaskan gugus fosfatnya.
Pada saat sel membutuhkan energi, ATP dapat segera dipecah melalui reaksi
hidrolisis (reaksi dengan air) dan terbentuk energi yang sifatnya mobil sehingga
dapat diangkut dan digunakan oleh seluruh bagian sel tersebut.

42

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

ATP

Sumber: Ilustrasi Haryana

Agar lebih jelas untuk memahami
struktur molekul ATP, perhatikan
baik-baik Gambar 2.4!
Energi yang dikandung ATP, jika
akan digunakan terlebih dahulu dipecah melalui reaksi hidrolisis dengan cara melepaskan 2 ikatan fosfat,
yaitu antara ikatan fosfat kedua dan
ketiga kemudian dihasilkan Adenosin
Difosfat (ADP). Pada reaksi hidrolisis
tersebut akan dihasilkan energi yang
dapat digunakan oleh sel untuk berbagai aktivitasnya. Perubahan ATP
menjadi ADP diikuti dengan pembeGambar 2.4 Struktur molekul ATP
basan energi sebanyak 7,3 kalori/
mol. Peristiwa perubahan ATP menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik, reaksinya sebagai berikut.
ADP + P + 7,3 kalori/mol

Karena fungsi ATP sebagai penyimpan energi yang sewaktu-waktu siap
digunakan dan bersifat universal (reaksi bolak balik), maka disebut sebagai
universal energy carrier. Sel dalam menggunakan energi ATP tersebut sangat
efektif karena hanya berlangsung satu sistem yaitu dengan hanya mengambil
energi dari sumber ATP.

3. Reaksi Oksidasi-Reduksi (Redoks)
Reaksi metabolik yang terjadi dalam sel melibatkan reaksi oksidasi dan
reaksi reduksi. Apa yang dimaksud reaksi oksidasi dan reaksi reduksi itu?
Reaksi oksidasi adalah suatu reaksi yang melibatkan oksigen dengan pelepasan
elektron dari satu atom atau senyawa, sebaliknya reaksi reduksi adalah suatu
reaksi yang melibatkan oksigen dengan penambahan elektron dari satu atom
atau senyawa.
Di dalam sel, kedua reaksi tersebut terjadi secara bersamaan (simultan),
artinya jika elektron dipindahkan dari molekul sebagai pemberi (donor)
elektron maka ada molekul lain yang bertindak sebagai penerima (akseptor)
elektron. Dengan demikian, donor elektron menjadi molekul yang teroksidasi
sedangkan akseptor menjadi molekul yang tereduksi. Reaksi simultan antara
oksidasi dan reduksi disebut dengan reaksi redoks. Terjadinya reaksi redoks
dalam sel, dapat Anda lihat pada Gambar 2.5 berikut ini.

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

43

b. Suatu atom H dapat dipindahkan bersama
elektron

Sumber: Ilustrasi Haryana

a. Pemindahan suatu elektron

Gambar 2.5 Reaksi oksidasi reduksi (redoks)

Sumber: Ilustrasi Haryana

Pada umumnya, reaksi redoks
yang terjadi di dalam sel merupakan
reaksi dengan terjadinya pemindahan elektron dalam bentuk
hidrogen (H+) yang mengandung satu
proton (e-). Ada dua koenzim yang
penting dalam reaksi Redoks pada
metabolisme sel yang bertindak
sebagai pembawa elektron (elektron
carriers), yaitu koenzim Nikotinamid Adenin Dinukleotida (NAD)
dan Flavin Adenin Dinukleotida
(FAD). Per-hatikanlah struktur NAD
seperti pada Gambar 2.6.
Kedua koenzim tersebut mempunyai struktur yang serupa (identik), jika molekul NAD direduksi
menjadi molekul NADH 2 maka
Gambar 2.6 Struktur NAD
dua elektron (H2+) dan satu proton
(e-) akan ditambahkan ke dalam molekul NAD menjadi NADH2. Selama
perpindahan elektron tersebut dalam suatu seri reaksi berantai akan
menghasilkan energi tinggi dalam bentuk ATP yang siap digunakan oleh sel.
Berdasarkan uraian di atas, dapat diketahui bahwa proses metabolisme
dalam sel makhluk hidup terjadi reaksi yang sifatnya pemecahan senyawa
ikatan kimia kompleks menjadi senyawa ikatan kimia sederhana, yang
disebut reaksi katabolisme.
44

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

C

KATABOLISME

Telah dijelaskan sebelumnya, bahwa katabolisme merupakan reaksi
pemecahan atau penguraian senyawa kompleks (organik) menjadi senyawa
yang lebih sederhana (anorganik). Dalam reaksi penguraian tersebut dapat
dihasilkan energi yang berasal dari terlepasnya ikatan-ikatan senyawa kimia
yang mengalami penguraian. Tetapi energi yang dihasilkan itu tidak dapat
langsung digunakan oleh sel, melainkan harus diubah dalam bentuk senyawa
Adenosin Trifosfat (ATP) yang mengandung energi tinggi. Tujuan utama
reaksi katabolisme adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di
dalam senyawa sumber, yaitu Adenosin Trifosfat (ATP). Reaksi penguraian
energi pada katabolisme, secara umum dikenal dengan proses respirasi.

1. Respirasi
Respirasi merupakan proses pembebasan energi kimia dalam tubuh
organisme melalui reaksi oksidasi (penambahan oksigen) pada molekul
organik. Dari peristiwa tersebut akan dihasilkan energi dalam bentuk
Adenosin Trifosfat (ATP) dan CO2 serta H2O (sebagai hasil sisa).
C6H1206 + 6O2

6CO2 + 6H2O + 38 ATP

a. Glikolisis (Respirasi Aerob)
Glikolisis merupakan reaksi
tahap pertama secara aerob (cukup
oksigen) yang berlangsung dalam
mitokondria. Glikolisis ini terjadi pada
saat sel memecah molekul glukosa
yang mengandung 6 atom C (6C)
menjadi 2 molekul asam piruvat
yang mengandung 3 atom C (3C)
yang melalui dua rangkaian reaksi
yaitu rangkaian I (pelepasan energi)
dan rangkaian II (membutuhkan
oksigen) dengan uraian sebagai
berikut.

Sumber: Ilustrasi Haryana

Jika molekul yang digunakan
sebagai substrat untuk dioksidasi adalah
gula yaitu glukosa, maka prosesnya
terdiri atas tiga tahap, yaitu glikolisis,
dekarboksilasi oksidatif (siklus Krebs) dan
fosforilasi oksidatif (transpor elektron).

Gambar 2.7 Reaksi glikolisis

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

45

Rangkaian I
Rangkaian I (pelepasan energi) berlangsung di dalam sitoplasma (dalam
kondisi anaerob) yaitu diawali dari reaksi penguraian molekul glukosa menjadi
glukosa-6-fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP dan melepas 1 P. Jika
glukosa-6-fosfat mendapat tambahan 1 P menjadi fruktosa-6-fosfat kemudian
menjadi fruktosa 1,6 fosfat yang membutuhkan (-1) energi dari ATP yang
melepas 1 P. Jadi untuk mengubah glukosa menjadi fruktosa 1,6 fosfat, energi
yang dibutuhkan sebanyak (-2) ATP. Selanjutnya fruktosa 1,6 fosfat masuk ke
mitokondria dan mengalami lisis (pecah) menjadi dehidroksik aseton fosfat dan
fosfogliseraldehid.
Rangkaian II
Rangkaian II (membutuhkan oksigen) berlangsung di dalam mitokondria
(dalam kondisi awal), molekul fosfogliseraldehid yang mengalami reaksi
fosforilasi (penambahan gugus fosfat) dan dalam waktu yang bersamaan,
juga terjadi reaksi dehidrogenasi (pelepasan atom H) yang ditangkap oleh
akseptor hidrogen, yaitu koenzim NAD. Dengan lepasnya 2 atom H,
fosfogliseraldehid berubah menjadi 2x1,3-asam difosfogliseral kemudian
berubah menjadi 2 u 3-asam fosfogliseral yang menghasilkan (+2) energi ATP.
Selanjutnya 2 u 3-asam fosfogliseral tersebut berubah menjadi 2 u asam
piruvat dengan menghasilkan (+2) energi ATP serta H2O (sebagai hasil sisa).
Jadi, energi hasil akhir bersih untuk mengubah glukosa menjadi 2 x asam
piruvat, adalah:
Energi yang dibutuhkan Tahap I : (-2) ATP
Energi yang dihasilkan Tahap II : (+4) ATP
Energi hasil akhir bersih
: 2 ATP
Pada perjalanan reaksi berikutnya, asam piruvat tergantung pada
ketersediaan oksigen dalam sel. Jika oksigen cukup tersedia, asam piruvat
dalam mitokondria akan mengalami dekarboksilasi oksidatif yaitu mengalami
pelepasan CO 2 dan reaksi oksidasi dengan pelepasan 2 atom H (reaksi
dehidrogenasi). Selama proses tersebut berlangsung, maka asam piruvat akan
bergabung dengan koenzim A (KoA–SH) yang membentuk asetil koenzim
A (asetyl KoA). Dalam suasana aerob yang berlangsung di membran krista
mitakondria terbentuk juga hasil yang lain, yaitu NADH2 dari NAD yang
menangkap lepasnya 2 atom H yang berasal dari reaksi dehidrogenasi.
Kemudian kumpulan NADH2 diikat oleh rantai respirasi di dalam mitokondria. Setelah asam piruvat bergabung dengan koenzim dan membentuk asetil
Co-A kemudian masuk dalam tahap siklus Krebs.

46

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

Sumber: Ilustrasi Haryana

b. Siklus Krebs/Siklus Asam Sitrat
Penjabaran selanjutnya, asetil Ko-A yang masuk dalam tahap kedua
yaitu siklus Krebs atau siklus asam sitrat. Mengapa pada tahapan kedua ini
dinamakan siklus Krebs? Siklus Krebs berasal dari nama penemuannya yaitu
Sir Hans Krebs (1980-1981), seorang ahli biokimia Jerman yang mengemukakan bahwa glukosa secara perlahan dipecah di dalam mitokondria
sel dengan suatu siklus dinamakan siklus Krebs.
Asetil koenzim A masuk siklus Krebs melalui reaksi hidrolisis dengan
melepas koenzim A dan gugus asetil (mengadung 2 atom C), kemudian
bergabung dengan asam oksaloasetat (4 atom C) membentuk asam sitrat (6
atom C). Energi yang digunakan untuk pembentukan asam sitrat berasal
dari ikatan asetil koenzim A. Selanjutnya, asam sitrat (C6) secara bertahap
menjadi asam oksaloasetat (C4) lagi yang kemudian akan bergabung dengan
asetil Ko–A. Peristiwa pelepasan atom C diikuti dengan pelepasan energi
tinggi berupa ATP yang dapat langsung digunakan oleh sel. Selama
berlangsungnya reaksi oksigen yang diambil dari air untuk digunakan
mengoksidasi dua atom C menjadi CO2, proses tersebut disebut dekarboksilasi
oksidatif. Dalam setiap oksidasi 1 molekul asetil koenzim A akan dibebaskan
1 molekul ATP, 8 atom H, dan 2 molekul CO2. Atom H yang dilepaskan itu
kemudian ditangkap
oleh Nikotinamid Adenin
Dinukleotida (NAD) dan
Flavin Adenin Dinukleotida (FAD) untuk dibawa
menuju sistem transpor
yang direaksikan dengan
oksigen menghasilkan
air. Secara skematis siklus
Krebs dapat dilihat pada
Gambar 2.8.
Tampak pada Gambar 2.8 bahwa asetil Ko–
A melepas 2 atom C-nya
yang ditangkap oleh oksaloasetat menjadi asam
sitrat. Karena adanya
penambahan dan pelepasan H2O, selanjutnya
asam sitrat diubah menjadi asam isositrat. Asam
isositrat kemudian meleGambar 2.8 Siklus Krebs
paskan gugus karboksil
Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

47

(CO 2) terbentuk asam D -Ketoglutamat yang disertai dengan pelepasan
hidrogen dan elektron yang ditangkap NAD membentuk NADH. Selanjutnya asam D -Ketoglutamat juga melepaskan gugus karboksit (CO2) disertai
dengan pelepasan hidrogen dan elektron yang ditangkap NAD membentuk
NADH. Asam D -Ketoglutamat lalu berikatan dengan molekul Ko-A membentuk suksinat Ko–A. KoA kemudian dilepas dan digantikan oleh fosfat
(P) berasal dari GTP, terikat pada ADP membentuk ATP, menyebabkan
suksinil Ko-A berubah menjadi asam suksinat. Asam suksinat melepaskan
2 hidrogen (2H) dan elektron yang ditangkap FAD membentuk FADH2,
asam suksinat berubah menjadi asam fumarat. Kemudian asam fumarat
dapat menggunakan air (H2O) menjadi asam malat, selanjutnya asam malat
melepaskan hidrogen dan elektron ditangkap oleh NAD + membentuk
NADH. Dan akhirnya asam malat berubah menjadi asam oksaloasetat. Asam
aksaloasetat yang mendapat transfer 2 atom karbon (2C) dari asetil Ko-A
akan menjadi siklus Krebs kembali.
Pada akhir siklus Krebs ini akan terbentuk kembali asam oksaloasetat
yang berikatan dengan molekul asetil koenzim A yang lain dan berlangsung
kembali siklus Krebs, karena selama reaksi oksidasi pada molekul glukosa
hanya dihasilkan 2 molekul asetil koenzim A, maka siklus Krebs harus berlangsung sebanyak dua kali. Jadi hasil bersih dari oksidasi 1 molekul glukosa
akan dihasilkan 2 ATP dan 4 CO2 serta 8 pasang atom H yang akan masuk
ke rantai transpor elektron.

c. Rantai Transpor Elektron
Sebelum masuk rantai tanspor elektron yang berada dalam mitokondria,
8 pasang atom H yang dibebaskan selama berlangsungnya siklus Krebs akan
ditangkap oleh NAD dan FAD menjadi NADH dan FADH. Pada saat masuk
ke rantai transpor elektron, molekul tersebut mengalami rangkaian reaksi
oksidasi-reduksi (Redoks) yang terjadi secara berantai dengan melibatkan
beberapa zat perantara untuk menghasilkan ATP dan H2O. Beberapa zat
perantara dalam reaksi redoks, antara lain flavoprotein, koenzim A dan Q
serta sitokrom yaitu sitokrom a, a3, b, c, dan c1. Semua zat perantara itu
berfungsi sebagai pembawa hidrogen/pembawa elektron (electron carriers).
Apakah yang dihasilkan dari reaksi rantai transpor elektron? Jika Anda
lihat dengan baik pada gambar reaksi rantai transpor elektron, bahwa untuk
1 molekul NADH2 yang masuk ke rantai transpor elektron dapat dihasilkan
3 molekul ATP sedangkan dari 1 molekul FADH2 dapat dihasilkan 2 molekul
ATP.

48

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

Sumber: Ilustrasi Haryana

Gambar 2.9 Bagan transformasi energi dalam Biologi

Jadi, selama reaksi oksidasi dari 1 molekul glukosa dapat dihasilkan 38
ATP, terdiri atas 2 ATP dari glikolisis, 2 ATP dari dekarboksilasi oksidatif
dan 6 ATP dari siklus Krebs (berasal dari 10 NADH2) serta 4 ATP dari siklus
Krebs (berasal dari FADH2), jika dijumlahkan akan diperoleh hasil seperti
berikut.
1) Energi ATP berasal dari 10 NADH2 selama 3 kali = 3 x (2+2+6) = 34
2) Energi ATP berasal dari 2 NADH2 selama 2 kali
=2x2
= 4

d. Respirasi Anaerob (Fermentasi)
Pada kebanyakan tumbuhan dan hewan, respirasi yang berlangsung
adalah respirasi aerob, namun demikian dapat saja terjadi respirasi aerob
terhambat karena sesuatu hal, maka hewan dan tumbuhan tersebut melangsungkan proses fermentasi yaitu proses pembebasan energi tanpa adanya
oksigen, yang disebut respirasi anaerob.
Respirasi anaerob merupakan reaksi pemecahan karbohidrat untuk
mendapatkan energi tanpa menggunakan oksigen. Perlu Anda ketahui sel
jamur dan bakteri dapat melakukan respirasi anorganik. Demikian juga apabila
kita melakukan konstraksi otot terlalu kuat misalnya berlari-lari, maka sel-sel
jaringan otot kita juga melakukan respirasi anaerob. Pada keadaan oksigen
yang tidak mencukupi untuk respirasi maka terjadi penimbunan asam laktat
di dalam sel dan akan menimbulkan kelelahan. Proses penguraian pada
respirasi anaerob disebut fermentasi.

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

49

Dari hasil akhir fermentasi, jenis fermentasi dibedakan menjadi
fermentasi asam laktat/asam susu, dan fermentasi alkohol.
1) Fermentasi Asam Laktat
Jika dilihat dari namanya maka hasil akhir dari fermentasi adalah asam
laktat atau asam susu. Kelelahan yang terjadi pada manusia karena bergerak
melebihi kemampuan, sehingga terbentuk asam laktat sebagai akhir dari
fermentasi pada tubuh.
Reaksinya : C6H12O6

2 C2H5OCOOH + Energi
enzim

Prosesnya :
a) Glukosa

asam piruvat (proses glikolisis).
enzim

C 6H 12 O 6

2 C2H3OCOOH + Energi

b) Dehidrogenasi asam piruvat akan terbentuk asam laktat.
2 C2H3OCOOH + 2 NADH2
2 C2H5OCOOH + 2 NAD
piruvat dehidrogenasi

Energi yang terbentuk dari glikolisis akan menghasilkan asam piruvat,
selanjutnya asam piruvat menjadi asam laktat:
8ATP - 2 NADH2 = 8 - 2(3 ATP) = 2 ATP.
2) Fermentasi Alkohol
Pernahkah Anda makan “peuyem”? Peuyem adalah makanan khas dari
daerah Jawa Barat. Makanan ini merupakan hasil fermentasi yaitu makanan
dari singkong yang diberi ragi, melalui fermentasi alkohol.
Proses fermentasi ini dimulai dengan glikosis yang menghasilkan asam
piruvat. Reaksi ini tidak ada oksigen, sehingga asam piruvat diubah menjadi
asam laktat, yang mengakibatkan elektron tidak meneruskan perjalanannya
sehingga tidak lagi menerima eletron dari NADH dan FAD. Berarti NADH
yang diperlukan dalam siklus Krebs juga tidak terbentuk, akibatnya siklus
krebs terhenti. Tetapi NADH di luar mitokondria dapat dibentuk dari
NADH melalui proses pembentukan asam laktat dari asam piruvat. Perlu
Anda ketahui asam laktat adalah zat kimia yang merugian karena bersifat
racun.

50

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

Pada beberapa mikroba peristiwa pembebasan energi terlaksana karena
asam piruvat diubah menjadi asam asetat + CO2 , selanjutnya asam asetat
diubah menjadi alkohol.
Pada fermentasi alkohol, 1 molekul glukosa hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP, bandingkan dengan respirasi aerob, satu molekul glukosa
mampu menghasilkan 38 molekul ATP.
Pada peristiwa ini terjadi pengubahan NADH menjadi NAD + sehingga
proses glikolisis dapat terjadi, dengan demikian asam piruvat yang tersedia
untuk diubah menjadi energi.
Reaksinya :
a) Gula (C6H12O6)
asam piruvat (glikolisis)
b) Dekarboksilasi asam piruvat.
Asam piruvat
asetaldehid + CO2.
piruvat dekarboksilase (CH3CHO)

c) Asetaldehid oleh alkohol dehidrogenase diubah menjadi alkohol
(etanol).
2 CH3CHO + 2 NADH2
2 C2H5OH + 2 NAD.
alkohol dehidrogenase
enzim

Ringkasan reaksi :
C 6H 12 O 6

2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 NADH2 + Energi

3) Fermentasi Asam Cuka
Fermentasi asam cuka merupakan fermentasi yang berlangsung dalam
keadaan aerob. Fermentasi ini dilakukan oleh bakteri asam cuka (Acetobacter
aceti) dengan substrat etanol.
Energi yang dihasilkan 5 kali lebih besar dari energi yang dihasilkan
oleh fermentasi alkohol secara anaerob.
Reaksi:
aerob

C 6H 12 O 6
(glukosa)

2 C2H5OH

2 CH3COOH + H2O + 116 kal
asam cuka

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

51

2. Katabolisme Lemak dan Protein
Tahukah Anda bahwa sel-sel dalam tubuh mendapatkan energi bukan
hanya dari karbohidrat, tetapi berasal juga dari protein dan lemak. Ingatlah
kembali sumber dan fungsi dari protein, serta lemak! Protein dan lemak
yang masuk dalam tubuh harus dipecah terlebih dahulu yang dibantu oleh
suatu enzim untuk digunakan sel.
Protein melalui proses hidrolisis diubah menjadi asam amino. Beberapa
asam amino dapat diubah menjadi asam piruvat dan asetil koenzim A setelah
terlepasnya gugus amin dari asam amino yang dilepas, kemudian gugus
amin tersebut akan dibawa ke hati dan akan dirombak menjadi amoniak
(NH3) yang nantinya dibuang bersama dengan urin, 1 gram protein dapat
menghasilkan energi yang setara dengan 1 gram karbohidrat.
Tentu Anda masih ingat bahwa masuknya lemak ke dalam tubuh harus
dipecah terlebih dahulu menjadi gliserol dan asam lemak. Gliserol tersebut
merupakan suatu senyawa yang mempunyai 3 atom C adalah hasil pemecahan lemak kemudian diubah menjadi gliseraldehid 3-fosfat, selanjutnya
gliseraldehid 3-fosfat mengikuti jalur glikolisis akan menjadi piruvat.
Bagaimana dengan asam lemak? Asam lemak sendiri akan pecah menjadi
molekul-molekul yang mempunyai 2 atom C, selanjutnya akan diubah lagi
menjadi asetil koenzim A. Dengan demikian satu molekul glukosa akan
menghasilkan 2 asetil koenzim A dan 1 molekul lemak yang mempunyai C
sejumlah 18 dapat menghasilkan 10 asetil koenzim A, sehingga kita dapat
mengetahui bahwa selama dalam proses katabolisme, energi yang dihasilkan
lemak jauh lebih besar dibandingkan dengan energi yang dihasilkan karbohidrat. Perlu Anda ingat bahwa 1 gram karbohidrat dapat menghasilkan energi
sebesar 4,1 kalori, sedangkan 1 gram lemak dapat menghasilkan energi sebesar 9 kalori.

D

ANABOLISME

Anabolisme merupakan reaksi proses penyusunan (sintesis) senyawa
kompleks dari senyawa sederhana yang berlangsung di dalam sel. Dalam
proses penyusunan senyawa kimia tersebut diperlukan energi. Jika energi
berasal dari sinar matahari akan digunakan untuk proses fotosintesis adapun
jika energi berasal dari energi kimia digunakan untuk proses kemosintesis.

52

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

1. Fotosintesis
Ingatlah kembali fotosintesis! Persamaan reaksi fotosintesis dapat dituliskan kembali sebagai berikut:
Sinar matahari

6CO2 + 6H2O

C6H12O6 + 6O2
Klorofil

Reaksi fotosintesis akan menghasilkan karbohidrat dan oksigen. Untuk
mengetahui bahwa proses fotosintesis menghasilkan karbohidrat, lakukan
Kegiatan Kelompok 2 berikut!

KEGIATAN KELOMPOK 2
Tujuan : Mengetahui proses fotosintesis menghasilkan karbohidrat.
Alat dan Bahan :
1. Daun tumbuhan hijau
6. Alkohol 94 %
2. Kertas aluminium foil
7. Yodium
3. Gunting
8. Air
4. Gelas
9. Panci
5. Lem
10. Kompor/pemanas air
Cara Kerja :
1. Potonglah kertas ukuran panjangnya kira-kira bisa untuk
membungkus daun tumbuhan yang dijadikan percobaan dan lebar
2 cm, kemudian lubangilah bagian tengahnya dengan diameter
0,5 cm.
2. Bungkuslah sebagian daun tumbuhan yang terkena sinar matahari
langsung dengan kertas timah (dilakukan pada pagi hari).
3. Pada sore hari, petiklah daun itu.
4. Rebuslah air kemudian masukkan daun ke dalam air mendidih
selama 2 manit dan angkatlah
5. Selanjutnya bukalah bungkus aluminium foil, kemudian masukkan daun itu ke dalam alkhohol selama 5 menit kemudian angkat
dan tiriskan.
6. Tetesilah permukaan daun dengan yodium sampai merata.
7. Amatilah perubahan warnanya, jika daun berwarna pucat berarti
tidak terjadi proses fotosintesis sedangkan jika daun berwarna biru
kehitaman berarti terjadi proses fotosintesis.
Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

53

8. Buatlah kesimpulan dari kegiatan ini!
9. Diskusikan dengan kelompok Anda kemudian presentasikan di
depan kelas!
Dari Kegiatan Kelompok 2 ini terlihat, bahwa proses fotosintesis yang
terjadi di dalam daun dapat menghasilkan senyawa karbohidrat (amilum)
dengan bantuan energi cahaya (foton). Sumber energi cahaya (foton) adalah
matahari.
Tahukah Anda bahwa proses fotosintesis terjadi di dalam kloroplas?
Kloroplas terdapat di dalam daging daun (mesofil) dan juga dapat ditemukan
pada bagian-bagian lain seperti batang dan ranting yang berwarna hijau.
Di dalam kloroplas terdapat pigmen berwarna hijau yang disebut klorofil.
Pigmen inilah yang dapat menyerap energi spektrum cahaya matahari.
Susunan kloroplas terdiri atas membran ganda yang menyelubungi
ruangan berisi cairan (stroma). Membran tersebut membentuk suatu sistem
disebut membram tilakoid dan bentuknya seperti suatu bangunan kantung
disebut kantung tilakoid. Kantung-kantung telakoid itu dapat berbentuk
berlapis-lapis disebut grana.
Karena letak klorofil berada pada membran tilakoid, maka proses pengubahan energi cahaya (foton) menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid,
sedangkan proses fotosintesis dengan produk akhir glukosa dan senyawa lain
berlangsung di dalam stroma.
Tahap apa saja yang ada dalam proses fotosintesis? Tahapan dalam
proses fotosintesis merupakan rangkaian dari suatu proses penangkapan
energi cahaya (fotosistem), aliran elektron dan penggunaannya. Klorofil
hanyalah sebagian dari perangkat fotosistem untuk menangkap energi cahaya
dalam proses fotosintesis.

a. Fotosistem
Fotosistem merupakan suatu unit yang terdiri atas klorofil a, kompleks
antene dan akseptor elektron yang mampu menangkap energi cahaya (foton)
matahari. Jika klorofil hanya menyerap cahaya merah, ungu, dan biru kemudian dipantulkan kembali maka terlihat warna hijau. Warna klorofil dapat
berbeda-beda tergantung dari jenis klorofil dan cahaya yang terserap kemudian dipantulkan.
Ada dua macam klorofil, yaitu sebagai berikut.
1) Klorofil a, yaitu klorofil yang memiliki pigmen warna hijau, pigmen merupakan senyawa kimia yang dapat menyerap cahaya tampak.
2) Klorofil b, klorofil yang memiliki pigmen warna kuning sampai jingga
disebut karoten memiliki struktur mirip dengan klorofil a.
54

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

Klorofil a dan pigmen-pigmen lain mengelompok di dalam tilakoid
membentuk bangunan unit pigmen, klorofil a terletak di tengah bangunan
yang disebut sebagai pusat reaksi. Klorofil a memperoleh energi cahaya dari
akseptor elektron berasal dari sekelompok molekul pada perangkat pigmen
yang dapat menangkap elektron cahaya berenergi tinggi disebut antene.
Cahaya yang terserap klorofil a merupakan cahaya yang berenergi tinggi,
sehingga dapat menyebabkan terlemparnya elektron yang ada pada pigmen.
Elektron yang terlempar keluar orbit berada dalam keadaan tidak stabil yang
menyimpan energi tinggi disebut tereksitasi. Dalam keadaan demikian,
klorofil berusaha mensuplai elektron dari molekul lain dan dalam waktu
bersamaan H2O terpecah menjadi 2H+, OH- dan elektron (fotolisis), elektron
dari air ini diambil untuk menstabilkan keadaan klorofil kembali.
Pada klorofil a terdapat dua macam fotosistem, yaitu fotosistem I atau
disebut P700 karena sensitif terhadap energi cahaya dengan panjang
gelombang 700 nm dan fotosistem II atau disebut P680 yang sensitif terhadap
energi cahaya dengan panjang gelombang 680 nm.
Proses penyerapan energi cahaya dapat mengakibatkan terlepasnya
elektron berenergi tinggi dari klorofil a, selanjutnya disalurkan dan ditangkap
oleh akseptor elektron, maka proses tersebut merupakan awal dari proses
terjadinya proses fotosintesis. Proses berikutnya elektron masuk dalam aliran
elektron, jika elektronnya berasal dari fotosistem I bersifat nonsiklus dan
apabila elektronnya berasal dari fotosistem II bersifat siklus. Di mana letak
perbedaan aliran elektron antara fotosistem I dengan fotosistem II?

1) Aliran Elektron Fotosistem I Bersifat Siklus
Cahaya berenergi tinggi yang terserap klorofil a
e—
dapat menyebabkan elektron (e-) berasal dari fotosistem I atau P700 terlempar
e—
keluar orbitnya. Pada saat
perjalanan elektron (e )
berasal dari P700 yang
e—
terlempar keluar orbit tersebut lalu ditangkap oleh
akseptor penerima elektron
seperti plastokuinon atau
sitokrom. Kemudian elekGambar 2.10 Pembentukan ATP melalui fotofosforilasi siklik
tron itu pindah ke akseptor

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

Sumber: Ilustrasi Haryana

b. Aliran Elektron
Perjalanan yang ditempuh oleh elektron ada dua yaitu sebagai berikut.

55

lain, lalu pindah kembali ke klorofil P700 semula. Selama proses perpindahan
dari akseptor satu ke akseptor lain terdapat energi yang terlepas dari elektron,
energi tersebut digunakan dalam fotofosforilasi siklik dengan produk akhir
berupa ATP, dan tidak dihasilkan NADPH serta O2.
ATP digunakan sebagai energi yang dapat dimanfaatkan dalam proses
biologis sel-sel organisme, seperti yang telah kita pelajari sebelumnya. Dalam
hal ini ATP berguna dalam pembentukan karbohidrat. Perlu Anda ketahui
sintesis ATP dalam kloroplas disebut sebagai fotofosforilasi .
Apa yang dimaksud fotofosforilasi? Fotofosforilasi adalah peristiwa
bereaksinya senyawa ADP dan asam fosfat menjadi ATP, seperti berikut.
ADP + Pi ---> ATP
(Pi adalah fosfat anorganik)

2) Aliran Elektron Fotosistem II Bersifat Nonsiklus
Perjalanan aliran elektron fotosistem II, elektronnya (e-) juga berasal dari
P700. Elektron (e-) yang terlempar keluar orbit dan ditangkap oleh akseptor
elektron yaitu NADPH2 kemudian elektron (e-) bersamaan dengan 2H- berasal
dari pecahan H2O mengikuti jalannya elektron siklik pindah ke akseptor lain
seperti plastosianin atau feredoksin.
Selanjutnya elektron itu pindah dan tidak kembali ke klorofil P700, tetapi
mengalir melalui membran tilakoid. Dengan pelepasan elektron tersebut,
maka P700 menjadi molekul yang teroksidasi sehingga menyedot elektron
dari P680 berenergi tinggi yang berasal dari energi cahaya (foton) matahari.
Molekul NADPH2 dan ATP yang berenergi tinggi digunakan untuk
mengubah CO2 dan H2O menjadi produk gula (seperti glukosa, maltosa,
fruktosa dan amilum) dan O2. Proses pembentukan gula (karbohidrat) dapat
Anda lihat pada siklus Calvin.

Sumber: Ilustrasi Haryana

c. Siklus Calvin
Siklus Calvin terdiri atas dua
tahap reaksi, yaitu reaksi terang akan
menghasilkan produk akhir berupa
ATP dan NADPH2 dan reaksi gelap
akan menghasilkan gula (karbohidrat), kedua reaksi tersebut terjadi
dalam kloroplas yang terdapat di
dalam daging daun (mesofil).
Tahapan reaksi siklus Calvin adalah
karboksilasi, reduksi dan regenerasi
sebagai berikut.
Gambar 2.11 Siklus Calvin

56

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

1) Karboksilasi (Fiksasi) CO2
CO2 diikat (fiksasi) oleh senyawa rebulosa bifosfat (RuBP) yang memiliki
atom C sebanyak 5 (C-5), karena hanya mengikat satu atom C (C-1) maka
terbentuk senyawa RuBP dengan atom C sebanyak 6 (C-6) dalam keadaan
yang tidak stabil dan pecah menjadi 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).
2) Reduksi
Selanjutnya 2 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P) bereaksi dengan ATP,
membentuk asam fosfogliseraldehid yang masih berikatan dengan H2 berasal
dari NADPH2. Siklus reaksinya harus berjalan 3 kali, baru terbentuk hasil
akhir yaitu 6 senyawa gliseraldehid 3-fosfat (G3P).
3) Regenerasi
Regenerasi atau pembentukan kembali senyawa rebulosa bifosfat (RuBP)
digunakan untuk mengikat CO2. Pembentukan kembali senyawa rebulosa
bifosfat (RuBP) dan pecah menjadi 2 senyawa (G3P) bereaksi dengan ATP
membentuk asam fosfogliseraldehid dan NADPH2. Siklus reaksinya berjalan
3 kali, dan kembali regenerasi lagi. Jadi untuk membentuk 1 molekul glukosa
maka dibutuhkan sebanyak 6 kali siklus (siklus Calvin) dengan menangkap
sebanyak 6 molekul 6CO2, reaksinya sebagai berikut.
6CO2 + 6H2O ---------> C6H12O6 + 6O2

2. Kemosintesis
Sebagaimana telah Anda ketahui, bahwa sumber energi pada proses
reaksi penyusunan (sintesis) molekul gula (karbohidrat) dari molekul CO2
dan H2O yang berlangsung di dalam sel makhluk hidup, adalah cahaya (foton)
matahari, tetapi tidak semua makhluk hidup menggunakan cahaya sebagai
sumber energinya. Contohnya pada beberapa mikroorganisme seperti bakteri
belerang, bakteri nitrit, bakteri nitrat, dan bakteri besi memperoleh energi
dengan cara mengoksidasi senyawa kimia. Jadi, jika pada proses penyusunan
bahan organik yang menggunakan sumber energi dengan cara pengoksidasian
(pemecahan) senyawa kimia disebut kemosintesis. Berikut pengoksidasian
beberapa bakteri untuk memperoleh energi kimia.
a. Bakteri belerang, misalnya bakteri sulfur tak berwarna (Thiobacillus)
memperoleh energi dengan cara mengoksidasi H2S, reaksinya:
Cahaya

2H2S + O2 o 2H2O + 2S + energi
Klorofil

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

57

Selanjutnya energi tersebut digunakan untuk fiksasi CO2 menjadi gula
(karbohidrat), reaksinya:
Cahaya matahari

o CH2O + 2S + H2O

CO2 + 2H2S
Klorofil

b. Bakteri nitrit, misalnya bakteri Nitrosomonas dan Nitrococcus memperoleh
energi dengan cara mengoksidasi NH3 dalam bentuk senyawa amonium
karbonat menjadi asam nitrit, reaksinya:
Nitrosomonas

(NH4)2 + CO3 + 3O2

2HNO2 + CO2 + 3H2O + energi
Nitrococcus

(Asam Nitrit)

Bakteri nitrat, misalnya bakteri Nitrobacter memperoleh energi dengan
cara mengoksidasi nitrit menjadi nitrat, reaksinya:

c.

Nitrobacter

Ca (NO2)2 + O2
Ca(NO3)2 + energi
d. Bakteri besi, misalnya lipotrik memperoleh energi dengan cara
mengoksidasi ferro menjadi ferri, reaksinya:
oksigen

Fe

2+

Fe3+ + energi

TUGAS INDIVIDU
Setelah Anda memahami tentang proses katabolisme dan anabolisme,
buatlah bagan rangkuman proses respirasi fotosintesis agar bisa
memahami konsep tersebut lebih jelas. Presentasikan hasilnya di depan
kelas!

E

HUBUNGAN ANTARA METABOLISME
KARBOHIDRAT, LEMAK, DAN PROTEIN

Anda sudah mengetahui bahwa di dalam sel reaksi metabolisme tidak
terpisah satu sama lain yaitu membentuk suatu jejaring yang saling berkaitan.
Di dalam tubuh manusia terjadi metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak.
Bagaimana keterkaitan ketiganya?

58

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

Sumber: Ilustrasi Haryana

Perhatikan Gambar 2.11 di bawah ini!
Pada bagan terlihat karbohidrat, protein, dan lemak
bertemu pada jalur siklus
Krebs dengan masukan asetil
koenzim A. Tahukah Anda
bahwa Asetil Ko-A sebagai
bahan baku dalam siklus
Krebs untuk menghasilkan
energi yang berasal dari katabolisme karbohidrat, protein,
maupun lemak. Titik temu
dari berbagai jalur metabolisme ini berguna untuk saling
menggantikan “bahan bakar”
di dalam sel, Hasil katabolisme
karbohidrat, protein, dan
Gambar 2.11 Hubungan antara metabolisme
lemak juga bermanfaat
karbohidrat, lemak, dan protein.
untuk menghasilkan senyawa-senyawa lain yaitu dapat membentuk ATP, hormon, komponen
hemoglobin ataupun komponen sel lainnya.
Lemak (asam heksanoat) lebih banyak mengandung hidrogen terikat
dan merupakan senyawa karbon yang paling banyak tereduksi, sedangkan
karbohidrat (glukosa) dan protein (asam glutamat) banyak mengandung
oksigen dan lebih sedikit hidrogen terikat adalah senyawa yang lebih
teroksidasi. Senyawa karbon yang tereduksi lebih banyak menyimpan energi
dan apabila ada pembakaran sempurna akan membebaskan energi lebih
banyak karena adanya pembebasan elektron yang lebih banyak. Jumlah
elektron yang dibebaskan menunjukkan jumlah energi yang dihasilkan.
Perlu Anda ketahui pada jalur katabolisme yang berbeda glukosa dan
asam glutamat dapat menghasilkan jumlah ATP yang sama yaitu 36 ATP.
Sedangkan katabolisme asam heksanoat dengan jumlah karbon yang sama
dengan glukosa (6 karbon) menghasilkan 44 ATP, sehingga jumlah energi
yang dihasilkan pada lemak lebih besar dibandingkan dengan yang
dihasilkan pada karbohidrat dan protein. Sedangkan jumlah energi yang
dihasilkan protein setara dengan jumlah yang dihasilkan karbohidrat dalam
berat yang sama.

Biologi SMA/MA Kelas XII

DIUNDUH DARI: BUKUPAKET.COM
Sumber buku (bse.kemdikbud.go.id)

59

Dari penjelasan itu dapat disimpulkan jika kita makan dengan mengkonsumsi makanan yang mengandung lemak akan lebih memberikan rasa
kenyang jika dibandingkan dengan protein dan karbohidrat. Karena rasa
kenyang tersebut disebabkan oleh kemampuan metabolisme lemak untuk
menghasilkan energi yang lebih besar.

F

TEKNOLOGI YANG BERKAITAN DENGAN
METABOLISME MAKANAN

Mengapa tubuh kita memerlukan makanan? Makanan dalam tubuh
kita gunakan sebagai sumber energi. Perkembangan teknologi telah mempengaruhi proses pengolahan makanan. Berikut ini beberapa hasil teknologi
yang menghasilkan produk-produk makanan.

1. Makanan Berkadar Gula Rendah
Tubuh memerlukan makanan yang sehat. Saat ini banyak orang yang
mengabaikan pola makanan sehat serta makan dengan porsi berlebih. Makan
berlebih tanpa disertai dengan gerak dan olahraga yang cukup akan
menimbulkan kelebihan